Tema 4 El fetge II-signed (2015)

Apunte Español
Universidad Universidad Rovira y Virgili (URV)
Grado Bioquímica y Biología Molecular - 3º curso
Asignatura Metabolisme i la seva regulació
Año del apunte 2015
Páginas 19
Fecha de subida 21/01/2015
Descargas 13
Subido por

Vista previa del texto

Tema 4: El fetge, òrgan central del metabolisme: Oxidació dels àcids grassos: CAyES El metabolisme dels lípids és especialment actiu en el fetge, és un òrgan que fa degradació de lípids i síntesi de lípids. El fetge pot agafar, igual que fan altres teixits, dos fonts d’àcids grassos.
- Els que circulen pel plasma com àcids grassos lliures no esterificats.
Pot utilitzar els àcids grassos que formen part de les lipoproteïnes, això és especialment significatiu després de la ingesta, quan els que es diuen romanents de quilomicrons que s’han absorbit pel sistema limfàtic, arriben al fetge, s’internalitzen, es trenquen i són metabolitzats.
El fetge pot fer dos coses amb els àcids grassos, o bé oxidar-los o emmagatzemar-los en forma de AG (acils glicerols). La reserva de diacilglicerols hepàtica no és significativa, o sigui, el fetge no és un òrgan d’acumulació, de reserva, d’àcids grassos. Per tant, és un òrgan que oxida o sintetitza segons la disponibilitat cel·lular.
L’oxidació és un procés que té lloc en dos compartiments hepàtics, d’una banda, la major part es produeix a les mitocòndries, per b-oxidació, tot i que una part, entre 5-30% del total, es fa pels peroxisomes, que degrada els AG de cadena molt llarga o ramificada.
- Peroxisomes: Són estructures especialitzades, són resistents, tenen catalases, poden fer un metabolisme singular.
Com a sistema de regulació, hi ha un factor de transcripció, que és PPARa, que és un factor nuclear que activa la b-oxidació quan els àcids grassos augmenten. Finalment, la b-oxidació és una via que va lligada a la gluconeogènesis(GNG), perque l’ATP i el NADH provenen d’aquesta via, són utilitzats pel procés de gluconeogènesi, i quan s’inhibeix la b-oxidació, també s’inhibeix la gluconeogènesi.
La via metabòlica de la b-oxidació és la mateixa i això sempre s’obté d’un procés d’oxidació, on l’enllaç es trenca entre el carboni 2 i 3 d’una molècula d’àcid gras. Perquè els àcids grassos s’oxidin han d’entrar primer a la mitocòndria, i ho fan a través de la carnitina (acil carnitina), una vegada dins torna a canviar-se per l’acilCoA i s’activa l’àcid gras. Dins de les mitocòndries comença a dalt de tot un àcid gras amb un àcid esterificat (amb CoA), amb un procés d’oxidoreducció progressiu, primer es crea el doble enllaç entre el carboni 2 i 3, després s’hidrata, després torna a haver un procés d’oxido-reducció al grup carbonil i finalment, quan té un grup carbonil, aquest enllaç es pot trencar amb facilitat, es trenca i dona una molècula d’acilCoA n-2 i una molècula d’acetilCoA, que va al cicle de krebs o s’exporta dels peroxisomes. La diferencia entre les mitocòndries i els peroxisomes escau en alguns enzims, ja que tenen sistemes diferents per tal d’obtenir els coenzims diferents utilitzats. El procés de b-oxidació produeix coenzims reduïts que es fan servir com a substrat energètic, però aquests coenzims reduïts s’ha de tornar a oxidar per a que la via continuï, la reoxidació del NADH es fa a les cadenes respiratòries de les mitocòndries.
CAyES El primer coenzim que actua, que fa servir FAD es reoxida a les cadenes respiratòries i aquí és on singularment amb l’oxidació directa d’oxigen (aigua oxigenada) és on als peroxisomes és immens, als peroxisomes es fa una reoxidació del FADH via oxidació directa d’oxigen i es forma peròxid ,però tenen catalases que fan possible que no s’oxidin les cèl·lules i es formi aigua i oxigen.
L’AcetilCoA és el producte de degradació dels àcids grassos i es un intermediari clau del metabolisme, una de les coses que la cèl·lula fa sempre és utilitzar-lo quan està en excés o no quan no hi és.
L’AcetilCoA és substrat per la síntesi d’àcids grassos. Un punt regulador és que quan es sintetitzen AG no es degraden. Quan la b-oxidació funciona no hi ha síntesi i qui prima és la síntesi, qui determina l’estatus metabòlic és la síntesi cel·lular. A través del malonilCoA hi ha la unió entre la síntesi dels AG i la b-oxidació.
- MalonilCoA: Molècules que permeten coordinar la síntesis amb la degradació d’àcids grassos.
El MalonilCoA és le producte que es fa servir per sintetitzar àcids grassos, és un inhibidor al·lostèric de la carnitina acil transferasa. La transferasa és el primer enzim de la b-oxidació i és el que és regulable.
La carnitina acil transferasa 1 és un enzim que agafa els àcids activats amb coenzimA i els passa a acils carnitina. Aquest acilcarnitina és el que atravesa la membrana mitocondrial i dins de la mitocondria torna a alliberar els àcilsCoA que segueixen el procés de b-oxidació. El punt clau de la b-oxidació es sobre la carnitina acil transferasa. Aquest com a modulador al·lostèric el malonilCoA, precursos dels àcids grassos. Quan es sintetitzen àcids grassos es satura la bóxidació desde el començament. La glucosa dona acetilCoA amb la glucòlisi i aquest acetilCoA amb un enzim que es diu ACC el transforam en malonilCoA (de 2 carbonis a 3 carbonis). I el malonilCoA donarà àcids grassos.
L’enzim ACC està en dues formen, en estat actiu i en estat inactiu, actiu quan està fosforilat i inactiu quan no ho està. És un enzim induït per la insulina, per tant la forma activa és la que no està fosforilada. La insulina activa les fosfatases i les fosfataes treuen l’ester fosforic, per tant, la molecula es trova no fosforilada i en aqeust cas en particular activa. El glucagó fa l’efecte contrar, ja que fosforila les proteïnes i esdevindrà inactiva.
També la relació [NADH]/[NAD+] inhibeix la b-hidroxiacil-CoA DH i [AcetilCoA] elevada, inhibeix la tiolasa. Quan hi ha coenzims disponible no es produeix la b-oxidació, igual passa amb l’acetilCoA, que inhibeix la tiolasa.
- Tiolasa: Enzim que trenca i allibera l’acetilCoA.
CAyES Durant la b-oxidació el fetge produeix cossos cetònics que són exportats cap al sistema circulatori per a que siguin utilitzats als teixits perifèrics, el fetge no els utilitza només els produeix. Quan hi ha saturació de producció d’acetilCoA en el fetge i les reaccions anapleuròtiques no donen abast, no pot entrar al cicle de krebs. Per tant l’acetilCoA es transforma en acetoacetilCoA que després acaba donant acetoacetat. Després per una reacció de oxidoreducció es forma un 3-hidroxibutirat i per una carboxilació espontània es forma acetona.
Aquestes tres molècules es formen al fetge, el fetge els exporta i quan circulen per la sang, la acetona es perd pel sistema respiratori, s’exhala. Però el acetoacetat i el 3-hidroxibutirat van a parar als teixits perifèrics i es tornen a convertir amb els enzims inversos en acetilCoA.
La formació de cossos cetònics permet mantenir els sistemes metabòlics actius sense segrestar el HSCoA com a AcetilCoA. Ja que és una molècula cara a les cèl·lules, i així els acetilCoA no s’acumulen a les mitocòndries i mitjançant els cossos cetònics es poden transportar al teixits perifèrics i ser utilitzats.
Augmenta molt en dejuni i diabetis quan l’OAA es consumeix per a formar glucosa i no està disponible per a la condensació amb AcetilCoA. En dejuni els lípids es comencen a metabolitzar, es degraden per la b-oxidació i això dona molts acetilCoA, que es quan el cicle de krebs no dona abast i es formen els cossos cetònics. En diabetis, quan no hi ha insulina, la síntesi de greixos no funciona, per tant es degrada molts combustibles i això fa augmentar la concentració d’acetilCoA i això fa que no donguin abast les mitocòndries.
La b-oxidació en la oxidació de greixos és un procés metabolicament ignificatiu al fetge regulat fins ara de dues maneres: - A través dels nivells de NADH/NAD A través del sistema de malonilCoA, que inhibeix la b-oxidació quan hi ha síntesi d’àcids grassos.
Però també hi ha un tercer sistema (no a curt termini) que implica quan l’organisme s’adapta a situacions d’excés de nutrients i per tant quan intervé els sistemes de regulació que utilitzen la modulació de l’expressió dels gens. S’activa el sistema d’expressió de gens i augmenta la degradació que fan possible la b-oxidació. Això en el fetge està principalment mediat pel receptor nuclear PPARa (peroxisome proliferator-activated receptor alpha), és un receptor nuclear identificat inicialment com a actiu sobre els peroxisomes i promou la captació, utilització i catabolisme d’AG per sobre-regulació dels gens implicats en el transport d’AG i en la b-oxidació mitocondrial i peroxisomal.
CAyES El metalonilCoA és l’àcid gras més abundant en el catabolisme, és una molècula que en el procés de síntesi incorpora els diacils glicerols i en els fosfolípids esta present com a fosfatidilscolinas. En el procés de degradació d’aquestes molècules es forma un intermediari quan actua la CEPT1 i incorpora els enzims dintre de les mitocòndries, això es trenca i es forma un intermediari que es diu 1-palmitoil2-oleoilsn-glicerol3-fosfocolina - 1-palmitoil-2-oleoilsn-glicerol3-fosfocolina: És una molècula que ve de la degradació dels DAG o fosfolípids que entra dintre del nucli i s’incorpora al PPARa, aquesta complex es junta seguidament amb altre receptor nuclear que és el RXR i quan estan associats comença la transcripció d’una família de gens que estan implicats en la b-oxidació.
Síntesi de lípids: El fetge és un òrgan especialment actiu en la síntesi de greixos, significativament la b-oxidació, però aquesta la fan molts teixits de l’organisme, no obstant, la síntesi de lípids de nou és una via metabòlica especialitzada del fetge, el fetge fa lípids i els transporta. O fa principalment a partir de l’acetilCoA que ve de la degradació de glúcids o d’aminoàcids. És un òrgan intercompressor, agafa els greixos que sobren de la dieta, els aminoàcids, els transforma en acetilCoA, els sintetitza en àcids grassos, en diàcil glicerol, fosfolipids, els acumula en forma de proteïnes de LDL i els exporta cap als teixits perifèrics.
És un procés que ocorre al citoplasma (no mitocondrial). La primera part de la via de síntesis d’àcids grassos té la exportació de l’acetilCoA de les mitocòndries cap al citoplasma. Una vegada es forma en citrat amb l’enzim cintrat cintasa es transloca cap al citosol. Una vegada forma, consumin acetilCoA i el citrat es forma l’oxalacetat.
Després l’oxalacetat s’ha de tornar a regenerar i això es fa via la malat deshidrogenasa al citoplasma que forma el malat. Després hi ha una altre enzim característic d’aquesta via i significatiu en el citoplasma que es l’enzim màlic que lo que fa és descarboxilar el malat i utilitza com a cofactor el NADP+, que es redueix (aquest NADP es farà servir després per la síntesi d’àcids grassos). Finalment obtenim piruvat, que entra dintre de les mitocòndries, en lloc d’anar via cicle de krebs de la piruvat DH se’n va cap a la piruvat carboxilasa (via gluconeogènesis, però a la mitocòndria) passa a oxalacetat i l’oxalacetat continua el procés.
CAyES La b-oxidació, una vegada anem al citoplasma, comença el procés de síntesi. En aquest procés hi ha dos sistemes enzimàtics importants, l’acetilCoA carboxilasa i per altra banda el complex AG sintasa.
- - ACC: AcetilCoA carboxilasa: D’acetilCoA el transforma a malonilCoA. Primer l’enzim acetilCoA carboxilasa es carboxila ella utilitzant la biotina com a substrat. Després aquest grup carboxil passa al acetilCoA que forma MalonilCoA i queda l’enzim amb biotina lliure per tornar a començar.
o Biotina: (derivat de les vitamines) és un grup prostètic que es troba unit al enzim. És capaç de carboxilar-se en bicarbonat, el bicarboant amb ATP dona ADP i el grup carboxil s’enganxa a la molècula de biotina i el grup carboxil és el que es transferex al substrat (acetilCoA) i es forma el malonilCoA.
Complex AG sintasa: és un complex multienximatic. Té una part central, que es una proteïna que enganxa un grup carboxil i que un conjunt d’enzim que estan formant part del nucli fan vent les reaccions més o menys inverses de la b-oxidació.
S’activa la molècula citrat sintasa amb la proteïna ACP (central) amb acetilCoA i s’incorpora una molècula d’acetilCoA a la part del mitg de la proteïna. Després una molècula de malonilCoA també s’incorpora a la molècula i es fa una primera reacció d’una sintasa, que fusiona l’acetilCoA i el malonilCoA donant una molècula de 4 carbonis i un CO2, l’enzim és el cetoacetilsintasa.
Aquesta molècula no està activada, però si que esta unida al complex, també s’ha de dir, que el carboni 3 està oxidat, i s’ha de reduir fins que quedi un CH2, per tenir un àcid gras de 4, i torna a començar el cicle fins que torna a fer dos més, dos més... fins que es forma l’àcid palmític.
La regulació de la síntesi d’acids grassos (AG), a nivell inicial, és molt senzill, és altra vegada el sistema que he comentat abans de l’acetilCoA carboxilasa que esta en forma activa/inactiva. És la que fa que sigui sensible al pas d’acetilcoA a malonilCoA als nivells d’insulina i glucagó. En situació d’anabolisme, quan augmenta la concentració d’insulina s’activa la fosfatasa, l’acetilCoA carboxilasa es torna activa i passa d’acetilCoA a malonillCoA i per tant comença el complex de la AG sintasa.
També hi ha una altre sistema de moduladors al·lostèrics que és el citrat. El citrat és la forma d’exportació de l’acetilCoA del es mitocòndries, per tant activa el sistema de síntesi de lípids, també, el palmitoilCoA, que és el producte final de la via, és un regulador negatiu de l’acetilCoA carboxilasa perquè quan hi ha producte no cal que continuï funcionant el sistema.
La síntesi d’altres AG es fa a partir del palmitat. Sobre el palmitat es produeixen addicions successives de grups acetil per acció dels sistemes d’allargament d’AG presents al reticle endoplasmàtic llis i als mitocondris. El mecanisme és idèntic al de la síntesi de palmitat però amb diferents sistemes enzimàtics.
CAyES Les reaccions d’elongació dels àcids grassos funcionen amb el mateix mecanisme de síntesi que la foramció de l’acid palmitic (enganchar la molècula i després reduir-la fins que queda el producte final), la diferencia és que els enzims de creixement de l’acid palmitic no estan al citoplasma sinó que al reticle endoplasmatic i no formen un complex com la citrat cintasa.
La dessaturació és fa al reticle endoplasmàtic llis on intervenen citocroms. Intervenen proteïnes que canvien l’estat d’oxidació del ferro que es troba dintre del citocrom. És un procés d’oxido-reducció.
La biosíntesi de TAG i de glicerol-fosfolipids utilitza els mateixos precursors. Una vegada tenim els àcids grassos de la biosíntesi o que obtenim de la dieta i no s’acaba el procés perquè aquests àcids grassos s’han de transformar en uns productes finals dels lípids. Hi ha una família important de molècules.
- Unes que fan servir alcohol-glicerol per formar els productes finals que son diacilglicerols i afegint bases nitrogenades fosfolípids.
Després també esta la família de esfingolípids a partir de l’esfingosina.
La síntesi dels TAG i els fosfolípids es fa per la via de Quénedi. Es forma un àcid fosfatidic i a partir d’aquest àcid formar o bé TAG o bé formar els fosfolípids. Però la via comença sempre amb la formació d’àcid fosfatidic. L’àcid fosfatidic prové de la síntesi de glicerol, el qual després s’introdueixen els àcilsCoA per acidificar-lo i formar aquesta molècula amb dos àcids grassos.
Com a resum, que la síntesi dels lípids ve de l’acetilCoA, que és un producte que s’obté en el metabolisme a partir la glucosa que obtenim dels carbohidrats de la dieta i també dels aminoàcids de les proteïnes de la dieta. L’acetilCoA forma àcids grassos i l’excés de l’acetilCoA forma cossos cetònics que són transportats des de el fetge als teixits perifèrics. Aquestos processos estan regulats per la hormona insulina, que regula la formació simultània d’acetilCoA i d’àcids grassos, per altra banda, també està l’hormona glucagó, que és com si diguéssim lo contrari, aquesta hormona activa la degradació, la b-oxidació. Els àcids grassos finalment poden formar triacilglicerols per tal d’acabar la biosíntesi si les condicions de les cèl·lules ho troben favorable.
Metabolisme del colesterol: CAyES Fins ara s’ha parlat de dos tipus de molècules, els àcids grassos, DAG i lípids de reserva, dels lipids de membrana, els fosfolípids i ara parlarem d’un tercer lípid de membrana, el colesterol. Per la gènesi de patologies es coneix força bé com funciona el metabolisme del colesterol.
És una família de molècules estructuralment diferent de les anteriors.
El colesterol és una molècula plana que té una zona no polar que li permet inserir-se en la membrana plasmàtica. És una molècula que per sí mateixa forma part de les membranes però que també es un precursor de la síntesi de moltes altres molècules, com hormones, que són significatives en el control d’algunes parts del metabolisme i també la formació d’àcids biliars, que són importants en els processos de la digestió i del metabolisme.
El colesterol es forma a partir de l’acetilCoA, amb un mecanisme diferent que els dels AG: via del mevalonat. És la transformació de tres molècules d’acetilCoA que es condensen formant el mevalonat, un intermediari de 6 C. Després es perd un grup carboxil i es forma el isoprè. Al final, tenim una molècula de 30 carbonis, que és la molècula Squalene, que està formada per 6 unitats d’isoprè de 5 C cadascú.
Finalment és cicla l’escualé, es tanca, i segons uns canvis addicionals es forma el colesterol.
El procés de formació del mevalonat, que és el inici de la via, és un procés de transformació de les molècules d’AcetilCoA, que són dos amb l’enzim tiolasa que catalitza la condensació i forma acetoacetilCoA el qual es condensa amb una tercera molècula d’acetilCoA per formar HMG-CoA sintasa, un enzim del citoplasma (diferent del mitocondrial que catalitza la formació de cossos cetònics).
La HMG-CoA sintasa també està present a les mitocòndries per formar els cossos cetònics, però també esta present al citosol, com en aquest cas, que es per formar el HMG-CoA, que amb una hidroxireductasa (HMG-CoA reductasa) fixa dos NADPH i un CoA formant un mevalonat. Aquest enzim és limitant de velocitat, és el que controla el flux de la via metabòlica.
Aquest enzim (HMG-CoA reductasa) està regulat, la seva síntesi per la transcripció del gen. L’expressió d’aquest gen és sensible als nivells de colesterol. Existeixen dues proteïnes que estan al reticle endoplasmàtic associades entre sí, la proteïna SCAP i la proteïna SREBP. Quan els nivells de colesterol són elevats estan unides entre sí al reticle endoplasmàtic, i les SREBP són inactives perquè estan retingudes al RER per les proteïnes SCAP. Quan canvia la concentració de colesterol les proteïnes migren cap a l’aparell de Golgi i actua una proteasa trencant aquesta molècula i allibera un tros de la proteïna SCAP, després actua una altra proteïna i allibera la proteïna SREBP que arriba al nucli i provoca la transcripció de l’enzim.
CAyES Aquest procés, la síntesi de colesterol està molt bé regulat. Quan els nivells de colesterol són als es para la síntesi. Els principals punts de control del colesterol estan centrats en l’enzim HMG-CoA reductasa. És sensible a la insulina, que actua com activador de la síntesi de mevalonat i finalment de colesterol, altra vegada, una hormona anabòlica. Com sempre, el glucagó fa lo contrari, inhibeix la síntesi de colesterol. Altrament, quan el colesterol és alt, és quan s’afavoreix la transformació del colesterol amb ester de colesterol que són unes molècules que s’exporten i es mobilitzen. Per últim, el colesterol que hi ha fora, el LDL colesterol (extracel·lular) inhibeix la transformació de colesterol (intracel·lular) perquè actua sobre els receptor de LDL i així evita que quan hi ha colesterol hi hagi més.
El colesterol s’elimina dels organismes transformant-lo en àcids biliars. Els àcids biliars es fan servir per emulsionar els lípids del sistema digestiu. Els àcids biliars es fabriquen en el fetge, es formen a partir del colesterol, després aquests àcids biliars van a la vesícula biliar, que és on s’emmagatzemen i després s’alliberen a l’intestí prim. Una part dels àcids biliars es reabsorbeixen però una petita part es perd amb els excrements i una altra part mol més petita per l’orina. Com que es perd, eliminem colesterol. La síntesi d’àcids biliars a les cèl·lules es un procés molt regulat ja que és alhora la degradació dels colesterols. Especialment regulat sobre la 7-a-hidroxilasa del colesterol (CYP).
Els àcids biliars són unes substancies a partir del colesterol. (molècula d’àcid còlic, dibuix) L’enzim clau, el que fa la hidroxilació del carboni 7 és l’enzim hidroxilasa que he anomenat abans.
Quan hidroxila el carboni 7 del colesterol comencen unes vies alternatives diferents de síntesi. A partir d’aquesta hidroxilació la molècula es va transformant fins a formar els àcids biliars mitjançant enzims diferents.
CAyES Regulació de la síntesi d’àcids biliars per receptors nuclears: La regulació és complexa perquè es fa d’una manera inusual, no fem servir moduladors al·lostèrics en el procés, ni enzims corrents, sinó a través de la transcripció del gen, activant-lo o inhibint-lo, mitjançant el colesterol 7-a-hidroxilasa-esterol-12-a-hidroxilasa, que comença el procés d’hidroxilació del colesterol. La transcripció d’aquest gen esta afavorida per factor de transcripció de proteïnes que són sensibles als àcids biliars o al colesterol.
Quan augmenten els nivells d’àcids biliars fan la formació d’un factor de transcripció que es el FXR que dimeritza amb el SHP i inhibeixen la transcripció de la 7-a-hidroxilasa. L’augment dels àcids biliars és un senyal per què uns factors de transcripció es posin en marxa i lo que fan en aquest cas és bloquejar la transcripció d’aquest gen (CYP7a-1). Tot això per tal de parar la síntesi de més àcids biliars.
Un altre factor de transcripció és el LXR que actua promovent la transcripció de la CYP7a-1. Quan augmenta el nivell de colesterol a la cèl·lula s’activa el mecanisme que promou la formació d’àcids biliars. Quan baixen els nivells de colesterol lo que es fa és inhibir la transformació de colesterols amb àcids biliars, per conversar els nivells de colesterols necessaris per al funcionament de la membrana. La SREBP també inhibia la formació d’àcids biliars quan la concentració de colesterol és baixa.
Sistema complex de tot un conjunt de senyals que s’integren per tal de regular la transcripció del gen CYP7a-1.
Circulació entero-hepàtica d’àcids biliars. Cóm funcionen a nivell dels òrgans els àcids biliars? CAyES Els àcids biliars són produïts pel fetge, en els hepatòcits i enviats pels conductes biliars fins a la bufeta de la bilis. Aquesta bufeta els acumula i quan comença la digestió hi ha un senyal hormonal que fa contraure la bufeta i secreta els àcids biliars. Aquests àcids biliars, quan emulsionen els lípids, després un 95% dels àcids tornen a ser reabsorbits cap els hepatòcits, però altra petita part se’n va amb les excrecions (0,2-0.6 g/d) que alhora són els mateixos grams que sintetitzen al dia d’àcids biliars.
Per tant, el fetge lo que va fent és mantenir la concentració total d’àcids biliars, va sintetitzant i es va excretant, no obstant, mitjançant els factors de transcripció les concentracions d’àcids biliars poden augmentar o disminuir.
El consum d’àcids grassos endògens per part del fetge funciona, però no es significatiu, el metabolisme dels àcids grassos és significatiu al fetge i de la glucosa.
Principalment, l’excés de glúcids que no es fa servir per formar glicogen al fetge, es fa servir per sintetitzar glicerolípids i colesterol.
El citrat que surt fora de la mitocòndria pot fer una via cíclica d’entrada altra vegada dintre o també anar cap a dos vies diferents, per crear glicerolípids o colesterol.
Catabolisme dels aminoàcids: L’organisme no te cap reserva proteica, per tant el metabolisme dels aminoàcids segueix una lògica una mica diferent de la que segueix els glúcids i els lípids. A més, els aminoàcids tenen nitrogen, que com a tal, serveix per a l’estructura de les proteïnes. Però a la fase de catabolisme el nitrogen s’ha de treure dels aminoàcids i dona amoníac que és molt tòxic i que s’ha de neutralitzar per poder-se excretar de l’organisme. Per tant, tot el metabolisme del nitrogen és un procés complex per tal d’evitar la toxicitat.
La funció principal dels aminoàcids (aa) a la cèl·lula és la biosíntesi de proteïnes. Allí on estan principalment ubicats és on hi ha síntesi de proteïnes. Nosaltres mengem proteïnes amb els aliments i són la font principal d’aa, però les proteïnes que mengem no tenen la mateixa composició d’aa que CAyES tenen les nostres proteïnes. Per tant, hi ha tot un metabolisme de transformació dels aa entre sí, per tal d’adaptar els aa ingerits a les nostres pròpies necessitats per abastir la síntesi proteica. Els que sobren es catabolitzen, és fan servir com a combustible metabòlic, perquè no s’acumulen a la cèl·lula, no es poden emmagatzemar com els AG i la glucosa, però tampoc s’excreten. Per tant els aa són una font important d’energia, en alguns teixits com el fetge o l’intestí, on estan el enterocits que fan un bona part de l’energia gràcies als aminoàcids.
A més a més de l’aliment, de on provenen els aa, d’altra banda, les proteïnes de l’organisme es recanvien per dues raons: - - Perquè quan es sintetitzen no ho fan be. Quan el procés de síntesi s’acaba, de vegades, les proteïnes no s’enssamblen adequadament, degut a diversos factors, per exemple, per culpa de les chaperones que no pleguen bé la proteïna. Per tant es marquen, i són degradades per proteases.
També hi ha proteïnes que s’han sintetitzat be, però que per processo d’oxidació, d’acetilació...
amb el pas del temps deixen de ser funcionals, i per tant s’han d’eliminar.
Degut a aquesta degradació de les proteïnes obtenim un cúmul d’aminoàcids al interior de la cèl·lula important. Però és necessari, perquè les proteïnes igual que es degraden s’han de sintetitzar i la síntesi no funciona si no estan tots els aa disponibles que es vagin enssamblant en la seqüència correcta que marca el RNA.
El primer problema és que els aminoàcids puguin anar d’un lloc a un altre, és a dir, que passin pel plasma, ja que no tots els òrgans fan síntesi de proteïnes. Els aminoàcids que obtenim de la dieta van a parar primer al fetge, els aminoàcids són hidrosolubles, per tant al sistema porta arriben les amilases, al fetge i aquí els utilitza, els redistribueix pel plasma i quan arriba al sistema porta o a altres teixits, es troba amb una primera situació problema. Els aa dins del a cèl·lula estan sempre més concentrats que fora, ja que ha d’haber una suficient cocentració d’aa dins de la cèl·lula per a que pugu funcionar correctament la síntesi proteica. Per tant, el primer problema és la entrada dels aa al interior de la cèl·lula.
Els 20 aa no són iguals, la seva estrucutra terciaria es diferent, com que són diferents, per poder entrar dintre de la cèl·lula, necessiten mecanismes d’entrada diferents. per això hi ha un gran conjunt de molècules que són uns transportadors d’aminoàcids que estan presents en alguns teixits i que tenen una funció determinant en la metabolitació dels aa. Com que normalment funcionen en contra del gradient de concentració, tots els transportadors funcioenen amb despesa d’ATP, un transport actiu.
Aquest transport actiu s’aconsegueix via un gradient de sodi a través de la membrana montingut mitjançant l’ATPasa NA+/K+.
És coneixen 10 transportadors que a més no tenen les mateixes propietats en tots els teixits, cada teixit té un conjunt de transportadors amb afinitats o característiques cinètiques propies. Com només hi ha 10 transportadors, per tant, alguns transporten més d’un aminoàcid.
El fetge té un paper clau en el metabolisme dels aminoàcids, no només perquè és un òrgan d’arribada dels aa provinents de la dieta pel sistema porta, sinó perquè és l’únic òrgan que pot eliminar el nitrogen dels aminoàcids i eliminar-lo amb la urea. El nitrogen s’obté del cervell, del múscul, dels ronyons... es transporta cap al fetge i el fetge el transforma en urea. Per tant és l’òrgan de redistribució dels aa de la dieta i per altra banda fa la síntesi d’urea a partir del nitrogen.
CAyES Amb poques excepcions el catabolisme dels aa és fa al fetge. L’obtenció, la utilització energètica dels aminoàcids excedents és un procés bàsicament hepàtic. El fetge utilitza el 50% de l’energia provinent dels aminoàcids. És un procés catabòlic actiu en el fetge. Hi ha dues excepcions: - - Els aminoàcids de cadena ramificada es metabolitzen al múscul. Són tres: colina, leucina i isoleucina. Que tenen una cadena alifàtica ramificada. Quan arriben de la dieta van directament al múscul, no passen pel fetge.
La prolina és un aminoàcids que també el fetge no utilitza i en canvi l’intestí l’utilitza com a combustible preferent (30% de l’energia de combustió s’obté de la Prolina Pro).
Però la resta bàsicament es degraden, es metabolitzen en el metabolisme hepàtic, el del fetge.
Els aminoàcids també són substrats anabòlics importants. Els aa serveixen per fabricar altres molècules de l’organisme. Són utilitzats per formar petites molècules nitrogenades, també són precursors per a la síntesi de glucosa, AG o KB i, evidentment, són utilitzats per a la biosíntesi de les proteïnes hepàtiques, les pròpies i les que s’exporten com ara l’albúmina.
Passem ara a veure com funciona el metabolisme de regulació. La primera fase del catabolisme consisteix en eliminar el grup amino, el nitrogen. Es pot treure el nitrogen dels aminoàcids de dues maneres: - - En alguns casos, aminoàcids que es poden desaminar directament. Els que no es poden desaminar, primer cal fer una transferència d’aminoàcids a aquells que es poden desaminar.
Això passa només amb alguns aa. El glutamat, la serina i la treonina són aminoàcids que es poden desaminar directament per la seva estructura química.
Els que no es poden desaminar directament, hi ha uns enzims claus, significatius en el metabolisme dels aminoàcids que són les transaminases, enzims que transfereixen el grup amino des de els diferents aminoàcids cap als aminoàcids que es poden desaminar i bàsicament, cap al glutamat. A-ketoglutarat que acaba transformant-se en glutamat.
Transaminació: Les aminotransferases catalitzen reaccions d’equilibri, utilitzen el fosfat de piridoxal (PLP) com a coenzims. Molés són inespecífiques per el a-KG però força o molt específiques per l’aminoàcid que aporta el grup amino. No presenta una desaminació neta, només la concentració de l’amoni en Glu.
Com que el glutamat si que es pot desaminar ja està bé.
Les aminotransferases catalitzen reaccions d’equilibri, per tant, si la cèl·lula necessita Alanina, síntesi proteica, pot agafar piruvat i transformar el piruvat en Alanina. Aquests enzims no són només de desaminació, també són de biosíntesi d’aminoàcids, per incorporació d’un grup nitrogenat. Això és important, ja que en la dieta no mengem tots els aminoàcids que necessitem, sinó que els reequilibrem per mantenir els nivells dels aminoàcids que necessitem.
CAyES Desaminació oxidativa: Una vegada tenim l’aminoàcid al nitrogenat, ara cal desaminar-lo i es pot fer amb dues maneres: - Amb la L-glutamat deshidrogensa: És capaç de, utilitzant els coenzims NAD com NADP treure el grup amino de l’aminoàcid, del glutamat. Tenim el glutamat amb un grup amoni al carboni dos, que després de fer un intermediari amb els coenzims, després entra una molècula d’aigua que treu el NH4+ foramar a-ketoglutarat. Es forma en aquesta reacció NAD(P)H. És un enzim intramitocondrial, mentre que les aminotransferases són mitocondrials com citoplasmàtics. És un enzim al·lostèric modulat positivament per l’ADP i negativament per l’GTP.
- Amb la Serina deshidratasa: Igual que hi ha una treonina deshidratasa, que és secundaria, la serina i la treonina (Ser i Thr) són hidroxi-aminoàcids, és poden desaminar directament sense transferir els grups amino abans al a-KG. Segons la estructura química de la Serina hi ha un enzim que fa possible la reacció de passar de Ser a piruvat. Llavors al passar de serina a piruvat se li treu el grup amoni i desamina la serina. La Ser és abundant a la cèl·lula i és un indicador de la gluconeogènesi.
Transdesaminació: Un procés molt normal que es produeix a les cèl·lules és l’acoblament dels dos processos, l’acoblament de les aminotransferases i el de la glutamat deshidrogenasa (GDH).
El balanç global d’això permet que els diferents aminoàcids es desaminin. El glutamat i l’a-KG són intermediaris del cicle de krebs.
Entra aminoàcid i surt a-KA i es forma Glutamat (Glu) per tal de desaminar-lo, en aquest cicle metabòlic, entra aigua i NAD(P)+ i amb l’enzim GDH surt NH4+ i NADPH com a productes i també a-KG. A vegades, existeixen complexes multienzimatics que estan associats.
Aquest procés està regulat per la necessitat energètica (ADP i GTP) activant i desactivant respectivament.
Els teixits perifèrics són capaços de portar i exportar nitrogen de diverses formes, bàsicament de dues: - Una és en forma d’alanina, que ho fan alguns teixits Els altres teixits ho fan en forma de glutamina.
CAyES E nitrogen de l’organisme s’exporta en forma d’aminoàcids (no tòxic) i arriba al fetge i els utilitzarà per transdesaminar el nitrogen i sintetitzar l’urea.
Com es transporta el nitrogen en forma d’alania: Del que es tracta és de convertir el nitrogen dels aminoàcids amb nitrogen del que s’incorpora a la molècula de piruvat i formar alanina i transformar els aminoàcids en a-cetoàcids. Les transaminases lo que fan es catalitzar la transferència del nitrogen de l’aminoàcid cap al piruvat per fabricar alanina.
Aquest amoni en el múscul, que és el teixit que transporta alanina majoritàriament prové d’aminoàcids de cadena ramificada (Leucina, Isoleucina i valina), són uns aminoàcids nombrosos a les proteïnes especialment als cereal (blat, arròs..) aquests aminoàcids no es metabolitzen al fetge, passen del fetge per la circulació cap al múscul on s’oxiden. En la degradació dels aminoàcids de cadena ramificada, s’allibera aquest amoni amb reaccions de transaminació. I finalment el nitrogen és enviat a la alanina, que passarà a glutamat i finalment a la urea. El piruvat ve de la degradació muscular de glucosa que pot venir del glicogen o de la glucosa hepàtica. L’alanina circula després pel torrent circulatori, arriba al fetge, la captura i aquí funciona la via de gluconeogènesi a partir del piruvat. L’alanina envia el nitrogen amb el glutamat on començarà després el cicle de la urea. I el piruvat es reconverteix en glucosa per gluconeogènesi.
Aquest cicle es diu cicle de la glucosa alanina entre fetge i múscul, fetge exporta glucosa, capta alanina i el muscul capta glucosa i exporta alanina.
Una altra manera de transportar l’amino és en forma de glutamina: La glutamina (amida del glutamat) és un substrat, és un nitrogen aminic en el carboni alpha i un nitrogen amidic a l’altre extrem. La glutamina es forma a partir del glutamat per aminació. Per sintetitzar-se aquest enllaç cal energia i es forma una molècula intermitja, el gamma-glutamil fosfat. A partir d’aquí es pot bescanviar un amoni pel grup fosfat i és quan es forma la glutamina, això o catalitza la glutamina sintetasa - Glutamina sintetasa: És un enzim distribuït als teixits, bastant abundant al cervell.
La síntesi de glutamina funciona principalment allà on hi ha glutamina sintetasa que està en molts teixits però en especial en el cervell perquè en el metabolisme catabòlic, es degraden nucleòtids i aquests nucleòtids porten nitrogen (que és molt tòxic), per tant, tot seguit que hi ha nitrogen es fa lo possible per introduir-la en una molècula orgànica. el cervell va produint amoni com a conseqüència del catabolisme i aquest amoni del cervell es va transformant en amoni de la glutamina. S’exporta a la sang i finalment va a parar al fetge, i allí la glutaminasa, un enzim que hidrolitza un enllaç i allibera l’amoni que va a parar al cicle de la urea.
CAyES La glutamina és l’aminoàcid més abundant al plasma, després està l’Alanina, són els que exporten l’amoni cap al fetge.
Visió general del catabolisme del grup amino a la cèl·lula hepàtica: Al citosol dels hepatòcits els grups amino dels aa es transfereixen al a-KG per formar glutamat. Després del Glu és transportat a la mitocòndria on s’elimina el grup amino en forma d’amoni. L’excés d’amoni de la majoria dels teixits es converteix en Gln, que arriba al fetge i es desamina. L’Alanina prové principalment del múscul.
Les fonts externes d’aminoàcids són tres: - - Els que venen de la ingesta. El sistema porta, els aminoàcids de la digestió i intestinals, arriba al fetge.
L’alanina arriba al múscul. Quan arriba alanina es transamina amb a-KG i dona glutamat i piruvat. Per tant el nitrogen de l’alanina se’n va a parar al nitrogen del glutamat i el glutamat pot ser desaminat mitjançant la glutamat deshidrogenasa. Él nitrogen de la alanina se’n va a parar a amoni.
La glutamina arriba del cervell, del múscul i d’altres teixits. Quan arriba glutamina, amb la glutaminasa dona amoni (que va a parar a la urea) i glutamat.
Tant un com l’altre, per alanina o per glutamina, acaben donant amoni. Els altres amonoàcids, els que venen de la dieta, per la reacció de transdesaminació també acaben donant amoni.
- Reacció de transdesaminacio: AA + a-KG  a-Kàcid + glutamat.
La reacció acoblada a la glutamat deshidrogenases que treu el nitrogen del glutamat, per tant hi ha totes aquestes reaccions, transaminases, glutamat deshidrogenasa, glutaminasa, acaben alliberant amoni, que pot ser transformat en urea.
Quan treiem el nitrogen ho fem per poder catabolitzar els aminoàcids, per poder-los degradar. Només és degraden si els aa sobren, si no no. el fetge no processa els aminoàcids de cadena ramificada.
Destí de l’esquelet carbonat: Són un conjunt de reaccions que permet transforamr l’esquelet carbonat dels AA en intermediaris del metabolisme. Hi ha tot un conjunt d’aminoàcids, escepte l’Ala, que quan es degraden, l’esquelet carbonat (que ésun a-Kàcid), acaben donant o bé, acetoacetilCoA, acetilCoA, piruvat, oxxalacetat, fumarat, citrat, succinat... tot això són intermediaris del cicle de krebs. Una vegada s’ha tret el nirogen són molècules transformables en un conjunt de reaccions amb intermediaris que entren al cicle de krebs i donen CO2.
CAyES S’agrupen per famílies els sistemes de catabolisme, hi ha dos grans famílies, els AA que donen intermediaris que es poden convertir en glucosa (de 3 o més carbonis)  Piruvat, fumarat succinilCoA, a-ketoglutarat... intermediaris que donen molècules de tres o més carbonis, amb la gluconeogènesi són convertibles en glucosa. Per tant hi ha una família d’AA que són glucogènics.
L’altra família d’aminoàcids que donen acetilCoA són els cetogènics, només donen lípids. Aquests intermediaris no son només producte per el catabolisme també són productes d’anabolisme.
Els AA en situació de dejuni són substrats gluconeogènics importants, es fan servir per sintetitzar glucosa.
AA que donen piruvat  Algunes reaccions d’aquestes són també punts importants del metabolisme perquè especialment les que fan referència a l’aminoàcid glicina i metionina, serveixen com a reacciosn que donen grups metil. A més de servir per catabolisme, de servir per sintetitzar glucosa, coenzim A, serveixen pel metabolisme general per sintetitzar grups metil o proporcionant grups nitrogen que serveixen per biosíntesi.
Moltes diapositives amb reaccions, només veure-les: AA que donen acetil-CoA, AA que donen acetoglutarat, AA que donen succinil-CoA, AA que donen oxalacetat.
El cicle de la urea: L’amoni s’ha de transformar en una substancia no tòxica. Cada tipus d’animal excreta el nitrogen d’una forma diferent, els animals superiors, els vertebrats, segons l’hàbitat en que viuen, la necessitat que tenen en conservar l’aigua de l’entorn, excreten el nitrogen d’una forma o d’una altra, així els peixos i els amfibis excreten normalment el nitrogen en forma de amoníac directament que queda diluït per l’aigua i no els afecta. Els rèptils i les aus que viuen en entorns amb molta poca aigua, transformen l’amoni en àcid úric, un altre tipus de molècula que acumula nitrogen i que permet ser excretat pràcticament sense aigua. Evolutivament és millor fer altre tipus de procés que comporta pèrdua d'aigua quan s’elimina que és la síntesi d’urea, que es el que fem els mamífers. Consumeix però no molta, més consumeix el procés d’àcid úric i els i dona un avantatge evolutiu.
El cicle de la urea, que també és diu cicle de Krebs-Henseleit va ser el primer cicle que va descobrir el senyor Krebs junt amb Henseleit abans de descobrir el cicle de Krebs, a l’any 1932, va ser la primera via cíclica coneguda. És una via d’interès que funciona entre mitocòndria i citoplasma de les cèl·lules hepàtiques. Alguns dels enzims del cicle de la urea també estan presents en altres estructures, com als ronyons, però el conjunt dels enzims que fan el cicle de la urea només estan al fetge.
CAyES és un procés bioquímic interessant des de el punt de vista de síntesi d’una molècula. El carboni de la urea prové del bicarbonat, el CO2, un nitrogen de la urea prové de la glutamina i l’altre nitrogen prové de l’aspartat i l’oxigen ve de l’aigua. El carbonil fosfat és l’embrió de la construcció de la urea.
És un procés en part mitocondrial i en part citoplasmàtic. La part mitocondrial és la formació de carbomil fosfat i la fabricació de citrolina. La citrolina surt de la mitocòndria i forma argininosuccinat mitjançant un aspartat. Fins a la argininina és la via de síntesi d’aquesta molècula, la arginina es sintetitza així a l’organisme, després hi ha la reacció d’afegir aigua i dona la urea i ornitina una altra vegada, que tanca així el cicle, ja que la ornitina junt amb el carbomil fosfat por formar altre cop citrulina dintre de la mitocòndria.
A la mitocòndria hi ha una carbamoil fosfat sintetasa que el que fa és agafar un àtom d’amoni, un àtom de bicarbonat consumint 2 ATPs (reacció que necessita un aport important d’energia), dona dues molècules d’ADP i Carbamoil fosfat.
Carbamoil fosfat: el Carboni ve del CO2, el CO2 que s’ha fet al cicle de krebs, de la degradació de combustibles, però l’amoni ve de la glutamina o del glutamat dels processos de desaminació (glutaminasa, glutamat deshidrogensa).
Del nitrogen del glutamat també es pot passar del nitrogen de l’arpartat amb la aspartat aminotransferasa i la glutamat deshidrogenasa que agafa el nitrogen del glutamat, dona a-Kglutarat i agafa oxalacetat i dona arpartat. Aquest nitrogen del aspartat ve per sintetitzar la urea en el segon nivell del cicle.
El segon nivell del cicle de la urea el qual a partir d’aquest aminoàcid (ornitina, AA no proteic), entra a la mitocòndria, és condensa amb el carbamoil fosfat i forma la citrulina (altre AA no proteic), la citrulina es fosforila amb un ATP, és forma un intermediari, la Citrrulina-AMP, que incorpora una molècula d’aspartat (molècula que surt a la primera part del cicle, i es veia que podia agafar el nitrogen a partir de l’oxalacetat que és l’acceptor amb una reacció de transaminació), aquesta molècula d’aspartat s’enganxa pel nitrogen sobre el carboni que ve del CO2 i després, amb al reacció següent del cicle, la molècula es talla per altre costat d’on s’ha enganxat, i degut que es talla per allí s’allibera fumarat i queden dos nitrògens enganxats sobre un carboni. Després entra una molècula d’aigua, trenca la arginina i es forma la molècula de la urea i una altra que es altra vegada per tancar el cicle la ornitina.
CAyES El cicle de la urea té una estreta connexió amb el cicle de krebs perquè els dos treballen si més no, una part, a la mitocòndria. També, aquesta connexió és degut a que alguns dels intermediaris són intermediaris alhora del cicle de krebs i es poden bescanviar per la paret mitocondrial. Aquests dos cicle funcionen sincronitzadament.
CAyES Les reaccions de les transaminases, són reaccions d’equilibri, depèn de la disponibilitat de substrats va cap a un costat o cap un altre.
El catabolisme dels AA al fetge està principalment regulat a curt termini per disponibilitat de substrats.
La disponibilitat de substrats depèn, en situació postprandial de l’arribada d’AA de la dieta i en situació de dejuni de la taxa neta de degradació de proteïnes (sota control hormonal).
El glucagó te un efecte a curt termini activant els transportadors d’AA, particularment el de l’Ala, augmentant la captació d’AA. A llarg termini el catabolisme dels AA està regulat per glucagó o cortisol ja que ambdues hormones estimulen la síntesi dels enzims del catabolisme d’AA i de síntesi d’urea. Hi ha també un control a llarg termini mediat per la concentració de proteïnes de la dieta: quan és baixa, els enzims hepàtics del catabolisme dels AA estan reprimits i quan és adequada estan activats.
...